Kurs:Wirtschaftsinformatik WS09 Kommunikationsnetze1/Lernskript/kap6

Mehrfachzugriffsverfahren der MAC-Protokolle

*; Kanalaufteilung: Den Kommunikationspartner steht hierbei jeweils nur ein Teil der Kanalkapazität zur Verfügung, auch wenn sonst niemand kommunizieren will. Mögliche Methoden: Zeit-, Fre-quenz- oder Codemultiplex.

*; Random Access Protokolle:

*; ALOHA: Jede Station sendet sofort, Kollisionsauflösung durch zufällige Verzögerung, max. Durchsatz: 18,5 % der Gesamtkapazität

*; Slotted ALOHA: Synchronisation auf Zeitschlitze, jede Station sendet beim nächstmöglichen Zeitschlitzanfang, Kollisionsauflösung durch zufällige Verzögerung, max. Durchsatz: 37 % der Gesamtkapazität

*; CSMA: Sendebeginn kann zu beliebigem Zeitpunkt erfolgen. Jede Station hört den Kanal ab und sendet nur, wenn keine Sendungen anderer Stationen erkannt werden. Kollisionen können nur auftreten, wenn der Sendebeginn der Stationen nahezu gleichzeitig erfolgt (Kol-lisionswahrscheinlichkeit wird minimiert). Collision Detection (CSMA-CD): Sendende Statio-nen überwachen den Kanal, bei Erkennung einer Kollision wird die Übertragung sofort ge-stoppt. Nach der Kollisionserkennung wird ein JAM-Signal (48 Bit) gesendet, damit Kollisio-nen von allen Stationen sicher erkannt wird (Kollisionsdauer wird minimiert). Nach dem Senden des JAM-Signals tritt die Station in die Backoff-Phase ein. Mit Hilfe eines Algorith-mus wird die Wartephase ermittelt.

Ethernet-Varianten

*; 10 Mbit/s Ethernet

*; 10Base5: dickes Koaxkabel, 500 m Segmentlänge, Busstruktur

*; 10Base2: dünnes Koaxkabel, 200m Segmentlänge, Busstruktur

*; 10BaseT: UTP-Kabel, Sternstruktur

*; 100 Mbit/s Fast Ethernet

*; 100BaseTX: 2 UTP-Doppeladern

*; 100BaseFX: 2 Glasfasern

*; 1 Gbit/s Gigabit Ethernet

*; Über Glasfaser und über UTP möglich

Ethernet-Rahmenformat (Ethernet II)

Ethernet-Netzstrukturen / Netzkopplung

*; Repeater: arbeitet auf Schicht 1, verstärken und entzerren die empfangenen Bits vor der Weiter-leitung in Busverkabelungen. Können auch zur Kopplung von Segmenten mit unterschiedlichen Übertragungsmedien verwendet werden, wobei diese allerdings mit der gleichen Übertragungs-rate betrieben werden müssen, da Repeater nicht über Pufferspeicher verfügen. Über Repeater verbundene Segmente bilden weiterhin eine Kollisionsdomäne.

*; Hub: funktioniert wie ein Multiport-Repeater, jedoch für mehrere Segmente in einem sternför-migen Netz. Auch hier können keine unterschiedlichen Geschwindigkeiten verwendet werden, und die Segmente bilden weiterhin eine einzige Kollisionsdomäne.

*; Bridge: erlauben eine Kopplung auf Schicht 2, indem sie MAC-Rahmen analysieren, filtern und bei Bedarf zwischenspeichern können. Durch die Zwischenspeicherung können Segmente mit un-terschiedlicher Geschwindigkeit gekoppelt werden, außerdem bilden die verbundenen Segmente getrennte Kollisionsdomänen. Im Vergleich zur Konfiguration mit einem zentralen Hub steht im Netz mit einer Kopplung über eine Bridge insgesamt mehr Kapazität zur Verfügung, da lokaler Verkehr in den Segmenten die anderen Segmente nicht mehr beeinflusst.

*; Switch: funktioniert wie eine Multiport-Bridge, die eine parallele Architektur mit hohem Daten-durchsatz und vielen Interfaces bietet. Dies ermöglicht eine gleichzeitige Übertragung zwischen mehreren Ein- und Ausgangspaaren. Durch den Einsatz von UTP-Verkabelung (getrennte Adern-paare für die beiden Übertragungswege) ist ein Vollduplex-Betrieb möglich.

*; Router: arbeitet auf Schicht 3 und schafft den Zugang zum Weitverkehrsnetz. Er filtert alle loka-len Broadcast aus und realisiert Firewall-Funktionen, mit denen der externe Zugriff auf das lokale Netz kontrolliert werden kann.

Transparent Bridging Behandlung der gesendeten Rahmen in der Bridge/Switch:

*; Wenn Ursprungs- und Zieladresse im gleichen LAN sind: Rahmen verwerfen

*; Wenn Ursprungs- und Zieladresse nicht im gleichen LAN sind: Rahmen in das LAN weiterschicken, in dem sich die Zieladresse befindet

*; Wenn die Zieladresse unbekannt ist und für Broadcasts: Rahmen an alle anderen LANs weiter-schicken (Flooding)

Das Bridging ist transparent, weil sich die Station nicht selber um das Bridging kümmern muss. ARP-Request Mit dem ARP-Protokoll erfragen Stationen die zu einer IP-Adresse gehörenden MAC-Adresse, damit die Rahmen dann direkt an die Zielstation gesendet werden können.

Broadcast Storms und Spanning Tree Protocol Rahmen mit unbekannter Zieladresse und Broadcasts werden endlos über die Bridges (Switches) weitergeleitet und belegen die gesamte Kapazität (Broadcast Storms). Lösung: Die Bridges (Switches) kommunizieren untereinander. Die Bridge mit der kleinsten ID (Priorität plus MAC-Adresse) wird als Root Bridge definiert. Anschließend wird ein Erreichbarkeitsbaum von der Root zu allen LANs be-rechnet (Anzahl der Links und Bandbreite als Kriterium für den besten Weg). Redundante Wege wer-den auf blockiert gesetzt und sind inaktiv. Bei Ausfällen wird der Baum neu konfiguriert. Bridges kön-nen einen Spanning Tree verwalten, Switches mehrere. Broadcastproblematik Ein Switch kann nur auf MAC-Adressen filtern. Somit gehen Broadcasts an alle Ports und belegen Bandbreite auf allen Segmenten (alle auf der Schicht 2 gekoppelten Segmente bilden eine Broadcast-Domäne). Router können Broadcast-Domänen trennen, in dem sie IP-Adressen filtern. Alternativ gibt es die Möglichkeit, virtuelle LANs einzurichten. Virtuelle LANs (VLAN) Gängige Switches erlauben die Einrichtung von virtuellen LANs. Dabei werden z.B. bestimmte Switch-Ports einem bestimmten VLAN zugeordnet und damit logisch gruppiert. Auf den Verbindungsleitun-gen zwischen den Switches werden VLAN-Trunks konfiguriert. Für eine Station erscheinen alle Statio-nen im gleichen VLAN so, als ob sie in einem gemeinsamen Netzsegment angesiedelt wären. Wäh-rend in einem klassischen LAN die Zugehörigkeit einer Station durch den physikalischen Anschluss festgelegt wird, ist diese in VLANs freizügig definierbar und konfigurierbar. Schicht-2-Broadcasts werden von einem Switch nur an die Ports weitergeleitet, die dem gleichen VLAN zugeordnet sind. Über die VLAN-Trunks werden sie aber an alle Stationen innerhalb das VLANs weitergeleitet – unabhängig davon, an welchen Switch diese angeschlossen sind. Zur Kommunikation zwischen den VLANs ist eine Kopplung auf der Schicht 3 durch Router erforderlich.

Vorteile von VLANs:

*; Definition der VLANs unabhängig von der physikalischen Konfiguration: Arbeitsgruppen können flexibel definiert und umkonfiguriert werden

*; Leistungsverbesserung: Weniger unnötiger Broadcastverkehr, weniger Verkehr durch Router

*; Verbesserte Managementmöglichkeiten: Zentrale Konfiguration räumlich verteilter Geräte, logi-sche statt physikalische Rekonfiguration der Netze

*; Verbesserte Datensicherheit: Sensitive Daten können in separaten VLANs transportiert werden, erschwertes Abhören